ICS：35.240CCS：L81Informationtechnology-WearablemotioncapturesysteminvirtPart3:InterfacestandardforinertialmotioncaptureIT/UWA022.3-2023 2規范性引用文件 3術語和定義 4數據類型 4.1動捕設備或演員ID 4.2慣性模塊所在部位 24.3時間 4.4慣性模塊姿態 74.5慣性模塊加速度 74.6慣性模塊角速度 74.7慣性模塊數據有效性 4.8身體部位的位置 74.9身體部位的姿態 74.10身體部位的速度 5慣性動作捕捉軟件接口 5.1軟件接口編號格式 5.2軟件接口定義形式 5.3獲取慣性模塊姿態 5.4獲取慣性模塊加速度 5.5獲取慣性模塊角速度 5.6獲取慣性模塊數據有效性 5.7獲取身體部位位置 5.8獲取身體部位姿態 5.9獲取身體部位速度 T/UWA022.3-2023本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定起草。本文件是T/UWA022-2023《信息技術面向虛擬現實應用的人體動作捕捉系統》的第3部分。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別這些專利的責任。本文件由世界超高清視頻產業聯盟提出并歸口。本文件起草單位：北京理工大學、廈門大學、信通院（江西）科技創新研究院有限公司、中國電子技術標準化研究院、上海市多媒體行業協會、上海青瞳視覺科技有限公司、凌云光技術股份有限公司、深圳市瑞立視多媒體科技有限公司、北京元客視界科技有限公司、北京元客方舟科技有限公司、合肥工業大學、北京圣威特科技有限公司、歌爾股份有限公司、深圳市奧拓電子股份有限公司、北京市博匯科技股份有限公司、數字電視國家工程研究中心、廣東博華超高清創新中心有限公司、北京虛擬動點科技有限公司、深圳市洲明科技股份有限公司、咪咕文化科技有限公司、山東浪潮超高清智能科技有限公司、利亞德光電股份有限公司、青島海爾多媒體有限公司、深圳市酷開網絡科技股份有限公司、海信視像科技股份有限公司、暨南大學、北京度量科技有限公司、華為技術有限公司、北京諾亦騰科技有限公司、蘇州感織科技有限公司。本文件主要起草人：宋維濤、郭詩輝、胡開拓、李婧欣、耿一丹、端木海嬰、張海威、熊偉、許秋子、杜華、蔣再毅、劉博文、李琳、楊濤、遲小羽、吳昊、吳未、王榮芳、殷惠清、陳智敏、崔超、譚勝淋、郭佩佩、王敏、劉莉、王宗華、曾有蘭、劉衛東、畢蕾、高博宇、孟杰、王志剛、劉午達、石祥仁。T/UWA022.3-2023T/UWA022擬由五個部分構成?！?部分：通用技術要求。目的在于描述面向虛擬現實應用的人體動作捕捉系統通用的功能要求和性能要求。——第2部分：光學動作捕捉系統軟件接口標準。目的在于規定光學動作捕捉系統的外部軟件接口?！?部分：慣性動作捕捉系統軟件接口標準。目的在于規定慣性動作捕捉系統的外部軟件接口?！?部分：數據手套軟件接口標準。目的在于規定數據手套的外部軟件接口?！?部分：臉部捕捉系統軟件接口標準。目的在于規定臉部捕捉系統的外部軟件接口。1T/UWA022.3-2023信息技術面向虛擬現實應用的人體動作捕捉系統第3部分：慣性動作捕捉系統軟件接口標準本文件規定了慣性動作捕捉系統的外部軟件接口。本文件適用于慣性動作捕捉系統與外部系統軟件接口的研發、應用和維護。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。T/UWA022.1-2023《信息技術面向虛擬現實應用的人體動作捕捉系統第1部分：通用技術要求》3術語和定義T/UWA022.1-2023界定的以及下列術語和定義適用于本文件。3.1慣性動作捕捉算法inertialmotioncapturealgorithm將用戶的慣性動作捕捉設備的采集信號轉化為人體動作的位置、姿態結果過程中使用到的計算機程序。3.2慣性動作捕捉人體模型inertialmotioncapturehumanbodymodel用于描述慣性動作捕捉時，基于人體的肢體、骨骼、關節等因素，形成的由多個人體部位組合而成的人體模型，人體模型的各個部位在完成整個動作的過程中不能發生形變。3.3慣性動作捕捉人體部位inertialmotioncapturehumanbodypart為了描述慣性動作捕捉人體模型的獨立的人體部位，每個人體部位假設為1個剛體，簡稱為人體部位。3.4慣性動作捕捉系統測量模塊inertialmotioncapturemeasuringunit慣性動作捕捉設備通過慣性動作捕捉系統測量模塊來采集信號，每個測量模塊將采集相應的數據作為慣性動作捕捉算法的輸入數據。4數據類型4.1動捕設備或演員ID建議參數名：avatar_id。取值：整型ID。2T/UWA022.3-2023說明：用來區分不同動捕設備或演員的id。4.2慣性模塊所在部位建議參數名：bone_id。取值：整型序號，占8個比特位。其中，0-58用于表示當前定義的59個部位；59-255保留，用于表示未來可能用到的人體部位。說明：基于人體骨骼系統，同時考慮人體肢體和關節，建立了人體部位（骨骼）列表。列表宜包含所有當前或未來可能用到的人體部位（骨骼），共59個部位（也稱為59塊骨頭），編制了固定編號和名稱。如下表1所示。圖1、圖2、圖3分別描述了慣性傳感器固定位置分布、主要人體部位分布、手部部位分布。表1慣性模塊所在部位清單部分名稱標識序號父節點臀部Hips0根節點右大腿RightUpLeg10右小腿RightLeg21右腳RightFoot32左大腿LeftUpLeg40左小腿LeftLeg54左腳LeftFoot65脊柱下部分Spine70脊柱中部分Spine187脊柱上部分Spine298頸部下部分Neck9頸部上部分Neck1頭部Head右肩RightShoulder8右大臂RightArm右前臂RightForeArm右手RightHand右拇指指根RightHandThumb1右拇指指中RightHandThumb2右拇指指尖RightHandThumb3右食指掌骨RightInHandIndex20右食指指根RightHandIndex12120右食指指中RightHandIndex22221右食指指尖RightHandIndex32322右中指掌骨RightInHandMiddle24右中指指根RightHandMiddle12524右中指指中RightHandMiddle22625右中指指尖RightHandMiddle32726右無名指掌骨RightInHandRing28右無名指指根RightHandRing129283T/UWA022.3-2023右無名指指中RightHandRing23029右無名指指尖RightHandRing33130右小指掌骨RightInHandPinky32右小指指根RightHandPinky13332右小指指中RightHandPinky23433右小指指尖RightHandPinky33534左肩LeftShoulder368左大臂LeftArm3736左前臂LeftForeArm3837左手LeftHand3938左拇指指根LeftHandThumb14039左拇指指中LeftHandThumb24140左拇指指尖LeftHandThumb34241左食指掌骨LeftInHandIndex4339左食指指根LeftHandIndex14443左食指指中LeftHandIndex24544左食指指尖LeftHandIndex34645左中指掌骨LeftInHandMiddle4739左中指指根LeftHandMiddle14847左中指指中LeftHandMiddle24948左中指指尖LeftHandMiddle35049左無名指掌骨LeftInHandRing5139左無名指指根LeftHandRing15251左無名指指中LeftHandRing25352左無名指指尖LeftHandRing35453左小指掌骨LeftInHandPinky5539左小指指根LeftHandPinky15655左小指指中LeftHandPinky25756左小指指尖LeftHandPinky35857注：表格中某節點的“父節點”表示在人體模型的樹狀結構中，與該節點相連，并指向根節點的節點。例如，右大腿節點的父節點為臀部，同時右大腿節點是右小腿的父節點。4T/UWA022.3-2023圖1慣性傳感器固定位置分布圖5T/UWA022.3-20236T/UWA022.3-2023圖2主要人體部位分布圖圖3手部部位分布圖7T/UWA022.3-20234.3時間戳建議參數名：time或者frame_id。取值：time為時、分、秒、毫秒的時間。frame_id為系統可識別整型序號。說明：輸入數據的時間可以采用兩種方式來表達。其一為使用真實時間來表達，可以使用時、分、秒、毫秒來記錄。其二可以使用系統可分別的整型幀序號來表達。4.4慣性模塊姿態建議參數名：sensor_posture。取值：四元數（X,Y,Z,W），四個分量單精度實數。說明：基于系統世界坐標系下，慣性模塊的姿態（角位移），使用四元數表示。4.5慣性模塊加速度建議參數名：sensor_acceleration。取值：（X,Y,Z），三個分量單精度實數。說明：基于慣性模塊坐標系下，慣性模塊的加速度，單位為重力加速度g。4.6慣性模塊角速度建議參數名：sensor_angular_velocity。取值：（X,Y,Z），三個分量單精度實數。說明：基于慣性模塊坐標系下，慣性模塊的角速度，單位為弧度每秒。4.7慣性模塊數據有效性建議參數名：sensor_valid。取值：邏輯型，真或假。說明：該條數據是否有效。4.8身體部位的位置建議參數名：body_position。取值：（X,Y,Z），三個分量單精度實數。說明：基于系統世界坐標系下，身體部位關鍵點的位置，單位為米。把身體部位視為剛體，理論上可以選擇任意點為中心點，一般可以取其連接的關節點為關鍵點。4.9身體部位的姿態建議參數名：body_posture。取值：四元數（X,Y,Z,W），四個分量單精度實數。說明：基于系統世界坐標系下，身體部位的姿態（角位移），使用四元數表示。4.10身體部位的速度建議參數名：body_velocity。取值：（X,Y,Z），三個分量單精度實數。說明：基于系統世界坐標系下，身體部位關鍵點的位置，單位為米每秒。把身體部位視為剛體，理論上可以選擇任意點為中心點，一般可以取其連接的關節點為關鍵點。5慣性動作捕捉軟件接口8T/UWA022.3-20235.1軟件接口編號格式軟件接口的編號格式為X-Y，其中：——X：軟件接口種類；——Y：同一種類的軟件接口序號。5.2軟件接口定義形式5.3-5.9列舉了軟件接口應包含的核心功能。軟件接口參數定義應由編號、參數名、取值和說明四部分組成。5.3獲取慣性模塊姿態軟件接口編號：10-1。建議軟件接口定義：voidget_sensor_posture(avatar_id,frame_id,bone_id,sensor_posture)。功能描述：獲取指定運動捕捉演員、指定時間、指定部位的慣性模塊姿態。輸入參數：avatar_id,frame_id,bone_id。輸出參數：sensor_posture。5.4獲取慣性模塊加速度軟件接口編號：10-2。建議軟件接口定義：voidget_sensor_acceleration(avatar_id,frame_id,bone_id,sensor_acceleration)。功能描述：獲取指定運動捕捉演員、指定時間、指定部位的慣性模塊加速度。輸入參數：avatar_id,frame_id,bone_id。輸出參數：sensor_acceleration。5.5獲取慣性模塊角速度軟件接口編號：10-3。建議軟件接口定義：voidget_sensor_angular_velocity(avatar_id,frame_id,bone_id,sensor_angular_velocity)。功能描述：獲取指定運動捕捉演員、指定時間、指定部位的慣性模塊角速度。輸入參數：avatar_id,frame_id,bone_id。輸出參數：sensor_angular_velocity。5.6獲取慣性模塊數據有效性軟件接口編號：10-4。建議軟件接口定義：voidget_sensor_valid(avatar_id,frame_id,bone_id,sensor_valid)。功能描述：獲取指定運動捕捉演員、指定時間、指定部位的慣性模塊數據有效性。輸入參數：av